ROTAČNÍ UPÍNACÍ ELEMENTY NÁSTROJŮ JAKO PŘÍSLUŠENSTVÍ OBRÁBĚCÍCH STROJŮ

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV STROJÍRENSKÉ TECHNOLOGIE FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING INSTITUTE OF MANUFACTURING TECHNOLOGY

ROTAČNÍ UPÍNACÍ ELEMENTY NÁSTROJŮ JAKO PŘÍSLUŠENSTVÍ OBRÁBĚCÍCH STROJŮ SOLUTION ROTARY CLAMP UNITS TO THE MACHINE SPINDLE

BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR THESIS

AUTOR PRÁCE

MIROSLAV KOMÁREK

AUTHOR

VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR

BRNO 2011

ING. MILAN KALIVODA

FSI VUT

BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

List 3

Abstrakt Tematika se zabývá zpřehledněním rotačních upínacích elementů i s ohledem na jejich časový vývoj. Ukazuje možnosti upínání rotačních nástrojů od základních univerzálních strojů, po modernější obráběcí operace. V praktické části navazuje na možnosti upnutí sestav v různých obráběcích operacích a na jejich vyvažování. Výběr upínacích prvků z katalogů firem. Klíčová slova Upínání, rotační nástroj, univerzální a CNC stroje, obrábění, vyvažování.

ABSTRACT The theme is addressed by rotating clamping elements with regard to their development over time. Shows the possibility of clamping rotating tools from the universal machine, to the modern machining operations. The practical part linked to the possibility of clamping assemblies in different machining oparations and their balance. Selection of clamping elements in the catalogs of companies.

Key words Clamping, rotary machine tool, universal and CNC machine, machining, balancing.

BIBLIOGRAFICKÁ CITACE KOMÁREK, Miroslav. Název: Rotační upínací elementy nástrojů jako příslušenství obráběcích strojů. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, 2011. 44s., 6 příloh. Vedoucí práce Ing. Milan Kalivoda.

FSI VUT


List 4

Prohlášení

Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Rotační upínací elementy nástrojů jako příslušenství k obráběcím strojům vypracoval samostatně s použitím odborné literatury a pramenů, uvedených na seznamu, který tvoří přílohu této práce.

Datum: 11.05.2011

…………………………………. Miroslav Komárek

FSI VUT


List 5

Poděkování

Děkuji tímto panu Ing. Milanu Kalivodovi za cenné připomínky a rady při vypracování bakalářské práce.

FSI VUT


List 6

OBSAH Prohlášení ................................................................................................................. 4 Poděkování ............................................................................................................... 5 Obsah ........................................................................................................................ 6 Úvod .......................................................................................................................... 7 1 ROZDĚLENÍ ROTAČNÍCH NÁSTROJOVÝCH UPÍNAČŮ .............................. 8 1.1 Upnutí držáku do vřetene stroje..................................................................... 9 1.1.1 ISO ............................................................................................................... 9 1.1.2 HSK ............................................................................................................ 10 1.2 Upnutí nástroje do držáku ............................................................................ 11 1.2.1 Silově-deformační upínání nástrojů ........................................................ 12 1.2.2 Trendové upínání nástrojů ....................................................................... 17 2 ROZDĚLENÍ PODLE TYPU STROJE ............................................................. 21 2.1 Pro univerzální stroje .................................................................................... 21 2.1.1 Soustruhy .................................................................................................. 21 2.1.2 Frézky ........................................................................................................ 24 2.1.3 Vrtačky ....................................................................................................... 28 2.1.4 Brusky ........................................................................................................ 29 2.2 Pro CNC centra ............................................................................................. 31 2.2.1 Příslušenství a upínání polotovarů na CNC strojích ............................. 32 2.2.2 Modulární upínací systémy ...................................................................... 34 3 PŘÍKLADY UPNUTÍ ROTAČNÍCH NÁSTROJŮ............................................. 36 3.1 Systém ISO .................................................................................................... 36 3.2 Systém HSK .................................................................................................. 37 3.3 Systém Coromant Capto .............................................................................. 38 4 VYVAŽOVÁNÍ ROTAČNÍCH UPÍNAČŮ .......................................................... 39 Závěr ....................................................................................................................... 41 Seznam použitých zdrojů ...................................................................................... 42 Seznam příloh ........................................................................................................ 44

FSI VUT


List 7

ÚVOD Současné třískové obrábění v oblasti technologie strojírenství prochází značným vývojem a celosvětovým výzkumem. Analyzuje výrobní proces do všech podrobností tak, aby byly vytvořeny účelné a ekonomické podmínky pro aplikaci nejnovějších poznatků vědy a techniky ve výrobním procesu a ze všech technických věd má největší význam pro dosažení maximální produktivity a hospodárnosti výroby týkající se nejen širokého sortimentu obráběcích strojů, nástrojů, materiálů, ale i neméně důležitého oboru, jako jsou upínací prvky obráběcích strojů. Jedná se hlavně o upínání obrobků a nástrojů, kde jsou kladeny vysoké nároky na přesnost ustavení, minimální vychýlení z osy obrábění a má zajistit dostatečnou tuhost upnutí vzhledem k funkčním částem obráběcího stroje. Každá obráběcí technologie klade vlastní nároky na upnutí součástí, nástrojů či jiného příslušenství. To je dáno tvarem a složitostí obráběcí součásti, použitých nástrojů a konkrétní technologií obrábění, kde je důležité zda hlavní řezný pohyb vykonává nástroj nebo obrobek. Rotačních elementů k obráběcím strojům je nepřeberné množství a jejich rozdělení se může realizovat hned z několika hledisek. Nejčastěji to jsou upínací prvky pro NC a univerzální stroje, podle charakteru upnutí (mechanické, pneumatické nebo tepelné) nebo podle druhu použité obráběcí technologie (soustružení, frézování, broušení apod.).

Obr. 1 Ukázka rotačních upínačů [1].

FSI VUT

1


List 8

ROZDĚLENÍ ROTAČNÍCH NÁSTROJOVÝCH UPÍNAČŮ

V oblasti obrábění existuje mnoho metod a technologických postupů zhotovení požadovaných tvarů obrobků. Zkracování výrobních časů je v dnešní době celosvětový trend ve strojařském průmyslu. S tím spojené vysoké požadavky na přesnost výroby a bezpečnosti procesu je možné jen pomocí kompletního systému obráběcího stroje, nástroje a upínače. Volba správného upínače ovlivní budoucí výsledky celého obráběcího procesu. Nejdůležitějšími požadavky na upínače nástrojů jsou: dostatečná upínací síla, přesnost upnutí, jednoduchá obsluha a v neposlední řadě také vlastní vyvážení upínače. Kromě těchto vypsaných požadavků na volbu upínače, může být další kritériem i schopnost tlumení vibrací. Z těchto důvodů lze rozdělení provést hned z několika hledisek.

Obr. 1.1 Rozdělení upínacích prvků nástrojů.

FSI VUT


List 9

1.1 Upnutí držáku do vřetene stroje Spojení nástrojů, popřípadě držáků nástrojů s vřetenem stroje, se provádí pomocí držáků se stejným typem stopky jaký je ve vřetenu stroje. Postupem doby, kdy se přechází vlivem automatizace strojů na spolehlivější a tužší upínání nástrojů a obrobků, potkávají upínací držáky stále nějaké změny. Upínání je jednodušší, přesnější a tužší. Vznikají nové koncepce upínacích systémů, které tyto změny v upínání jednoznačně splňují. Velkou roli ovšem hraje pořizovací cena a ekologičnost výroby. Proto se mezi nejrozšířenější upínací systémy řadí zaběhlé rozhraní jako je systém ISO a HSK. 1.1.1 ISO Hlavním znakem tzv. ISO upínání je metrický strmý kužel na upínacím trnu s určitým poměrem kuželovitosti. Kužel přenáší krouticí moment z vřetene stroje na trn. Přenos krouticího momentu neobstarává pouze kužel vřetene, ale také unášecí kameny umístěné na čele vřetene stroje. Ty zapadají do vybrání na nákružku trnu. Kužel zde má také středící funkci na osu rotace. Upnutí je tedy provedeno vtažením kužele do dutiny vřetene stroje pomocí čepu na konci kužele. Hlavní výhodou je symetrická konstrukce a tím i jednoduchá výroba. Vzhledem k velkému sklonu kuželovitosti se trn snadno nasazuje a uvolňuje (není samosvorný jako Morse kužel).

Obr. 1.2 Redukční pouzdro a kleštinový upínač s ISO kuželem [3].

Každé vřeteno má pevně danou velikost kužele, kterou nelze dle potřeby měnit. Proto musí být vždy použit trn stejného rozměru. V praxi to znamená určitou nevýhodu, kde není možno univerzálně použít trn z jiného stroje s jiným rozměrem ISO kužele. Existují však redukční pouzdra, která tuto nevýhodu mohou odstranit. Použitím redukčního pouzdra se však kužel pouze zmenší, nikoliv naopak. Hlavní nevýhodou tohoto upínacího systému je menší tuhost uložení a nejistá axiální síla (obr 1.3). I přes tyto nevýhody se jedná o nejrozšířenější upínací systém v oblasti obrábění a to zejména díky nízkým pořizovacím nákladům.

FSI VUT


List 10

Obr. 1.3 Nedostatky upínání strmým ISO kuželem [12].

1.1.2 HSK Systém HSK funguje na principu kombinace axiální upínací síly a kuželové stopky. Spojení s vřetenem stroje funguje na obdobném principu jako u ISO systému. Rozdíl je však v dosednutí kuželové a čelní plochy držáku na vřeteno stroje, tím je zajištěno tužší upnutí. Díky dosednutí čelní plochy má strmý kužel menší rozměry a dovoluje mít vnitřní vybrání. Hmotnost upínacího systému je tedy nižší a tím i snazší celková manipulace s ním. V třískovém obrábění je tento systém upínání velice rozšířený, jelikož dovoluje spolehlivější upnutí než systém ISO.

Obr. 1.4 Kleštinový upínač a redukční pouzdro s HSK stopkou [3].

FSI VUT


List 11

Přenos krouticího momentu je realizován tvarovým stykem a pomocí dvou stejně širokých a různě hlubokých upínacích drážek na konci stopky. Rovinný dotyk slouží k axiálnímu fixování HSK upínače a k zvýšení tuhosti při zatížení ohybem. Dutá kuželová stopka fixuje upínač radiálně [12]. Jelikož se u HSK upínání jedná o kombinaci kuželové a dosedací čelní plochy, je kladena vysoká přesnost na jejich výrobu. K dosažení vysokého stupně přesnosti, musí výrobci používat speciální výrobní i kontrolní technologie, což má vliv na pořizovací cenu.

Obr. 1.5 Princip upnutí HSK – stav před upnutím (vlevo), stav po upnutí (vpravo) [12].

Vzhledem k rozmanitosti uplatnění HSK upínačů, se vyrábí v několika modifikacích (obr. 1.6). Typ A je preferovaný pro použití na obráběcích centrech s automatickou výměnnou nástrojů. Typ C je určený pro manuální upínání. Typ E je určený pro nasazení v HSC obrábění, kde se otáčky vřetene pohybují nad 25000 min-1. Podobně tak typ F, který se používá pro obrábění např. hliníku nebo dřeva, kde otáčky vřetene dosahují rychlosti nad 20000 min1 [12].

Obr. 1.6 Typy HSK upínačů [12].

1.2 Upnutí nástroje do držáku V procesu obrábění se k docílení požadovaného tvaru součásti používá více pracovních operací. To má za následek použití i více výrobních nástrojů. Aby byla výroba efektivní a co nejvíce ekonomická, je kladen důraz na rychlou a bezproblémovou výměnu nástrojů. To v praxi znamená široké možnosti upnutí nástrojů, kombinaci nových moderních trendů upínání při zachování bezpečnosti a spolehlivosti upnutí.

FSI VUT


List 12

Obr. 1.7 Rozdělení upínání nástrojů do držáku.

1.2.1 Silově-deformační upínání nástrojů Upnutí nástroje musí odpovídat určitá síla, která zabezpečí uložení nástroje vzhledem k obrobku a nedopustí jeho samovolné uvolnění. Silovědeformační upnutí nástroje je vesměs chápáno jako deformace upínače pouze v oblasti pružné (elastické) deformace. Tato pružná deformace má vliv právě na upnutí nástroje do držáku. Nedochází k žádným molekulárním změnám v materiálu. Upínací postup je tedy možné opakovat bez počtu omezení. Systém Tribos Systém Tribos firmy Schunk pracuje na principu polygonálního upínání. Na obrázku 1.8 je schematicky znázorněn stav držáku před a po upnutí. Upínací dutina má tvar podobný zaoblenému trojúhelníku. Vlivem působení tlaku hydraulického zařízení dostane dutina válcový tvar. Poté se do dutiny vloží nástroj a následně dojde k uvolnění tlaku hydraulického zařízení. Tím se dutina snaží vrátit zpátky do původního tvaru a je upnuta stopka nástroje [12].

FSI VUT


List 13

Obr. 1.8 Princip upnutí systému Tribos [14].

Mezi hlavní výhody patří: vysoká bezpečnost upnutí, dlouhá životnost nástrojů, možnost pro použití vysokých otáček vřetene, není potřebný externí zdroj energie, obvodové házení menší než 0,003mm [12]. Upínací systém Tribos má 5 různých typů upínačů, které jsou charakteristické svými vlastnostmi nebo konstrukcí. Tedy Tribos R, RM, S, SVL a Mini. Tribos R (obr. 1.9) dobře tlumí vibrace, vyniká svou robustní konstrukcí a dynamickými vlastnostmi. Nachází uplatnění tam kde je potřebný větší úběr materiálu (hrubování).

Obr. 1.9 Tribos R [14].

Tribos RM (obr. 1.10) má podobné vlastnosti jako verze R, avšak s kompaktnějšími rozměry. Je tedy vhodný pro obrábění na menších obráběcích centrech [12].

Obr. 1.10 Tribos RM [14].

FSI VUT


List 14

Tribos S a SVL (obr. 1.11) jsou štíhlé upínače pro obrábění v těžko dostupných místech. Dovolují upnutí standardního nástroje (platí hlavně pro verzi SVL) [12].

Obr. 1.11 Tribos S vlevo a Tribos SVL vpravo [14].

Tribos Mini (obr. 1.12) je tenký a malý s průměrem upnutí od 0,3mm. Využití nachází v oblasti jemného obrábění – zdravotnictví, elektrotechnika apod. [14].

Obr. 1.12 Tribos Mini [14].

Pro upnutí nástroje do držáku je potřebné další přídavné zařízení (obr. 1.12). Jedná se o hydraulické zařízení, kde dochází k deformaci deformovatelné části upínače. Firma Schunk nabízí zařízení s možností tlakování kapaliny pomocí páky nebo hydraulického čerpadla.

FSI VUT


List 15

Obr. 1.13 Hydraulické zařízení [14].

Univerzální upínač SINO Tento systém byl speciálně vyvinut jako náhrada klasických mechanických upínačů typu Weldon a kleštinových upínačů. Pracuje na podobném principu jako hydraulické upínače, s tím rozdílem, že tlakové médium zde není kapalina, ale tvrdý elastomer. Tlak, který vzniká dotahováním upínacího pouzdra hákovým klíčem, se prostřednictvím elastického tlakového média přenáší na rozpínací pouzdro. Tím se pouzdro rovnoměrně stahuje k ose rotace [13].

Obr. 1.14 Typy HSK upínačů [13].

SINO upínače se používají pro hrubovací operace, dokončovací frézování, řezání závitů nebo vystružování. Mezi hlavní výhody patří: vysoká upínací síla, výborné tlumení vibrací, rychlá a jednoduchá výměna nástrojů, vhodné pro HSC obrábění do 40000min-1, schopnost přenosu velkých krouticích momentů, obvodové házení menší než 0,005mm [12].

FSI VUT


List 16

Coromant Capto Nová koncepce technologie modulárních nástrojů. Současně se jedná o první modulární rychlovýměnný nástrojový systém, který je efektivně použitelný pro všechny varianty obrábění řeznými nástroji – to znamená soustružení, frézování a vrtání. Dominantním charakteristickým znakem tohoto systému je kuželová polygonální spojka s čelní dosedací plochou. Dovoluje přenášet velmi velké kroutící momenty, aniž by hrozila ztráta přesnosti upnutí a opakovatelné přesnosti polohy ostří. Kuželový polygon, který je do upínací jednotky vtahován pod předpětím vytváří z hlediska ohybových a torzních sil extrémně stabilní spojení. Současně je možné jednoduchým způsobem rychle vyjmout nástroj. [8] Vzhledem k mnohostranné použitelnosti systému Coromant Capto je tento systém vhodný pro všechny typy obráběcích strojů a způsoby obrábění. Jeho aplikace je možná i na univerzálních strojích. Je standardně konstruován pro vnitřní přívod chladící kapaliny a je zvlášť vhodný jak pro ruční, tak i pro automatickou výměnu nástrojů.

Obr. 1.15 Kuželová polygonální spojka systému Coromant Capto [8].

Systém Coromant Capto integrovaný do obráběcích center a víceúčelových obráběcích strojů nabízí řadu výhod. Na rozdíl od ISO nebo HSK upínání má tento systém relativně menší rozměry a nižší hmotnost, což vede k jednodušší manipulaci. Vzhledem k tuhosti spojky lze plně využít výkon stroje nebo použít rozšiřující sortiment nástrojů pro víceúčelové obrábění. Obráběcí centra, která využívají jiné rozhraní než Coromant Capto, lze na tento systém velmi snadno adaptovat použitím příslušný základních držáků [8].

FSI VUT


List 17

Obr. 1.16 Kombinace upínání nástrojů pomocí systému Coromant Capto [8].

1.2.2 Trendové upínání nástrojů Jedná se opět o použití principu plastické deformace materiálu podobně jako u silově-deformačního upínání. Rozdíl je v principu vyvolání zmíněné deformace. Za trendové upínání nástrojů lze označit tepelné a hydraulické. Hydraulické upínání Jedná se o nejuniverzálnější upínače, mají vysokou přesnost a dobré tlumení vibrací. Způsobené chvění při obrábění je dobře tlumeno právě hydraulickou kapalinou uvnitř upínače. Princip funkce upínání na obr. 1,17.

Obr. 1.17 Princip hydraulického upnutí [14].

Legenda k obr. 1.17: 1 – tlakový šroub, 2 – tlakový píst, 3 – těsnění, 4 – rozpínací objímka, 5 – komorový system, 7 – nastavení délky šroubu, 8 – nástroj, 9 – drážky.

FSI VUT


List 18

Otáčením upínacího šroubu se vytváří rovnoměrný tlak hydraulické kapaliny uvnitř upínače. Tento tlak působí na upínací pouzdro, které pevně a přesně upne vložený nástroj. Pro upnutí menších rozměrů je možné použít redukční pouzdra. Vedoucí postavení na trhu mezi hydraulickou upínací technikou má firma Schunk se svým systémem Tendo. Dále je možné výbírat ze systemů jako je Diebold, Iscar (upínače Hydrofit), Haimer, Benz a jiné [12]. Hydraulické systémy se používají pro upínání nástrojů i obrobků. Na CNC strojích na bázi soustruhů, kde rotační pohyb koná obrobek, se používají hydraulická sklíčidla nebo válce. Nástroje se upínají do revolverových hlav nejčastěji pomocí VDI držáků. Díky rozsáhlému příslušenství lze na CNC strojích vytvářet soupravy pro bezpečné a výkonné obrábění.

Obr. 1.18 Hydraulické válce bez průchozí díry [3].

Omezení ručního upínání na minimum, platí i pro spojení nástrojů s vřetenem stroje. U hydraulického upínání má vřeteno stroje upínací dutinu (např. ISO nebo HSK) a hydraulickým systémem. Dutina ve vřetenu slouží pouze k vystředění upínacího držáku nástroje do osy rotace. Hydraulika zajišťuje mechanické upnutí držáku. Takto realizovaný systém upínání je pro efektivnější výrobu nejčastěji doplněn automatickou výměnnou nástrojů ze zásobníku. Hydraulický tlak kapaliny se používá i pro držáky nástrojů, které fungují nejčastěji tlakem kapaliny vyvolaný utahovacím šroubem.

Obr. 1.19 Vřeteno CNC centra s ISO upínacím rozhraním [3].

FSI VUT


List 19

Hydraulický systém upínání rotačních nástrojů využívá i firma DT výhybkárna a strojírna, a.s. v Prostějově. Výhradně u této organizace, kde polotovary a obráběné součásti tvoří převážně velkoobjemové výkovky a odlitky, je zapotřebí obrobit velké množství materiálu což má velký vliv na obráběcí čas. Vzhledem k investování do automatizace obráběcích operací lze tento čas poměrně značně zkrátit.

Obr. 1.20 Držák nástrojů s kuželem ISO 50 a stopkou pro hydraulické upínání [9].

Tepelné upínání Jak už z nadpisu vyplývá, jedná se o upínání použitím tepelné energie vyvozenou na upínací prvek. Chování každého materiálu je různé s ohledem na daný součinitel teplotní roztažnosti. Je zřejmé, že tato metoda se používá v oblasti upínání rotačních nástrojů, kde se tepelně ohřívá (ochlazuje) dutina držáku nástroje, která je spojena s vřetenem stroje a použitý nástroj se vkládá do držáku. Jedině tak je využito tepelné roztažnosti kovů. K ohřátí nástrojového držáků je nutné zařízení, které dokáže v krátkém časovém intervalu zahřát držák na požadovanou teplotu a vzápětí ochladit tak, aby došlo k upnutí nástroje. Teplota nesmí přesáhnout mez, která by ovlivnila krystalovou mřížku materiálu, proto se ohřívací teplota pohybuje cca 250 až 350°C. Přístroje k rychlému ohřátí využívají indukční cívky, které se ohřejí při průchodu proudu.

Obr. 1.21 Zařízení s indukčními cívkami pro ohřev nástrojových držáků [11].

FSI VUT


List 20

K úplnému upnutí nástroje však nestačí jen indukční ohřev. Aby došlo k objemovému smrštění držáku je zapotřebí teplotu opět ochladit. Samočinné chladnutí z teploty 350°C může trvat i několik minut, což při větším počtu nástrojů je nepřípustná doba. Proto se přístroje vybavují chladicími systémy, které snižují dobu chladnutí na přípustnou mez. Chladicí systémy jsou vzduchové nebo na bázi vody. Tyto systémy jsou konstruovány univerzálně pro použití na různé nástrojové držáky a doba chlazení se pohybuje od 20 sekund až po 2 minuty, vzhledem k použití konkrétního systému. Mezi hlavní výhody tepelného upínání je přesné, komfortní, rychlé jednoduché a tuhé upnutí nástroje. Dovoluje velký přenos kroutícího momentu díky vysoké upínací síle a tím použití nejvyšších otáček vřetene. Minimální obvodová rzivost cca 0,003 milimetru.

Obr. 1.22 Zařízení s indukčními cívkami pro ohřev nástrojových držáků [11].

Díky svým výhodám je tepelný systém upínání nástrojů vhodným řešením pro vysokootáčkové obrábění. Pro český trh je tento systém zastoupen firmou SK Technik, s.r.o., která má velký sortiment držáků nástrojů, ohřívácích zařízení a nástrojového příslušenství. Tepelné upínače s HSK stopkou v příloze 5.

Obr. 1.23 Tepelný upínač s HSK a ISO stopkou pro vřeteno [11].

FSI VUT

2


List 21

ROZDĚLENÍ PODLE TYPU STROJE

Obráběcí operace vykonávají speciální stroje k tomu určené. Nazývají se obráběcí stroje. Je jich nespočetné množství druhů, určující jejich využitelnost a podstatu výroby. Jejich rozdělení lze provést z několika hledisek, nejčastěji se však zohledňuje rozdělení podle účelu obrábění, povahy hlavního pohybu nebo stupně mechanizace a automatizace .

2.1 Pro univerzální stroje Mezi hlavní vlastnosti univerzálních strojů patří jejich široká oblast využití a nižší stupeň automatizace. Uplatnění nachází zejména v kusové nebo malosériové výrobě. Výhodou je možnost velkého výběru příslušenství, které umožňuje rozšíření technologického využití daného obráběcího stroje a je pořizováno dle požadavků uživatele. Možnosti výběru příslušenství jsou velice rozsáhlé a záleží na individualitě každého obráběcího zařízení a potřebné výrobní operaci. V oblasti univerzálních obráběcích strojů najdou však největší zastoupení univerzální soustruhy, frézky a univerzální brusky. Upínání na těchto strojích je realizováno nejčastěji mechanicky za pomocí sklíčidel, kleštin, trnů atd. 2.1.1 Soustruhy Samotný proces soustružení je definován jako třískové obrábění, kde hlavní řezný pohyb je rotační a koná jej obvykle obrobek, přičemž rychlost hlavního pohybu je současně řezná rychlost. Posuvový pohyb vykonává nástroj (soustružnický nůž) a je buď přímočarý, nebo obecný. Z definice je patrné použití rotačních upínacích prvků na stroji. Způsob upnutí obrobku závisí na tvaru obrobku, jeho hmotnosti, požadované přesnosti soustružení a rovněž na druhu soustruhu. Obrobky s poměrem délky a průměru větším než 2÷3 se upínají mezi hroty, jež zasahují na čele obrobku do navrtaných středících důlků. Upnutí má být spolehlivé, musí vykazovat dostatečnou tuhost a má zajistit jednoznačnou polohu obrobku vzhledem k funkčním částem obráběcího stroje. Pro upnutí obrobků na soustružnických strojích se používá celá řada upínacích elementů buď jednotlivě, nebo ve vzájemné kombinaci [2]. Soustružnické nože se upínají do nožových hlav nebo do různých upínek a je možné do nich upnout až čtyři nože současně. Tyto elementy však nepředstavují rotační upínací prvky.

Obr. 2.1 Univerzální hrotový soustruh [4].

FSI VUT


List 22

Sklíčidlo Nejpoužívanější upínací zařízení na soustruhu je univerzální sklíčidlo, které se používá pro letmé upnutí součástí nebo jej lze použít i oboustranně při soustružení dlouhých obrobků. Sklíčidla jsou rotační prvky, které upínají obrobky za pomocí čelistí a jsou při utahování sousledně středěny do středu osy rotace. Počet čelistí je u sklíčidel nejčastěji tři a více-čelistní, výjimečně se používají dvoučelistní sklíčidla. Upínání se provádí nejčastěji ručně pomocí pákových utahováků. Příloha 1 – samostředící 3-čelistní sklíčidlo s velkým průchozím otvorem.

Obr. 2.2 Sklíčidla tří, čtyř a šesti-čelistní [3].

Upínací deska Těžší a kratší obrobky nepravidelných tvarů se upínají např. na univerzální upínací desku se samostatně stavitelnými čelistmi. Lze ji použít i v případech, kdy se upínají součásti komplikovaných tvarů, tedy kdy nejdou upnout mezi čelisti [2].

Obr. 2.3 Ocelové licní desky [3].

Kleštiny Tyčový materiál středních nebo menších průměrů se upíná do přesných upínacích pouzder, které se nazývají kleštiny. Asi do 3/4 jejich délky jsou po stranách rozříznuty drážkami a vtahováním do kuželové dutiny pouzdra

FSI VUT


List 23

dochází k upnutí materiálu. Kleštiny jsou dále upínány do kleštinových sklíčidel, které jsou obdobou sklíčidel univerzálních.

Obr. 2.4 Sestava kleštinového sklíčidla s kleštinou [3].

Opěrné hroty Součásti, nejčastěji tyčového charakteru se upínají mezi hroty, aby došlo k zabránění nežádoucího kmitání a tím vystředění obrobku z osy rotace. Mezi hroty se také upíná při vyšších požadavcích na přesnost obrábění. Ve vřetenu stroje se používá pevný hrot, v koníku je většinou hrot otočný (obr. 5). Štíhlé obrobky s velkým poměrem délky k průměru jsou podpírány při soustružení lunetami. Tyto prvky však nejsou rotačními komponenty obráběcích strojů, jsou pevně upnuty na loži stroje nebo jsou připevněny k suportu, s nímž se posouvají po loži.

Obr. 2.5 Opěrné hroty [3].

Upínání obrobků mezi hroty je nejpřesnější upnutí na soustruzích. Je sníženo nebo úplně vymezeno vychýlení součástky z osy rotace, neboť je upnuta z obou stran. Mezi hroty lze upnout dvěma způsoby. A to pomocí sklíčidla a otočného opěrného hrotu nebo opěrného hrotu otočného a pevného, které je upnuto ve vřeteni stroje. Nevýhodou tohoto systému upínání je potřeba navrtání středících důlků na obrobku, proto je možno systém užívat jen tam, kde to dovolují požadavky na povrch vyrobené součásti.

FSI VUT


List 24

Obr. 2.6 Soustružení tyčového materiálu pomocí opěrných hrotů [3].

Obr. 2.7 Soustružení tyčového materiálu pomocí opěrného hrotu a sklíčidla [3].

Pro upnutí otočných hrotů při soustružení slouží základní část soustruhu tzv. koník. Ten se skládá z těla a hrotové objímky. Hrotová objímka se nazývá pinola. Je to výsuvná část s kuželovitou dírou pro upnutí hrotu popřípadě vrtáku. Otočné hroty mají ložiskové vedení pro použití vyšších otáček. 2.1.2 Frézky Obráběcí metoda, při které je materiál obrobku odebírán břity otáčejícího se nástroje. Hlavní pohyb je tedy rotační a koná jej nástroj. Obráběcí nástroj je tedy ve tvaru válce s několika břity umístěných na čele nebo jeho obvodu, popřípadě jejich vzájemné kombinaci. Nástroje jsou frézy, stroje jsou dále nazývány jako frézky. Ty jsou vyráběny a dodávány ve velkém počtu modelů a velikostí, často pak s rozsáhlým zvláštním příslušenstvím. Zpravidla se člení do čtyř skupin – konzolové, stolové, rovinné a speciální. Dále se rozlišují frézky vodorovné nebo svislé, dáno v závislosti na poloze osy pracovního vřetene.

FSI VUT


List 25

Velikost frézky určuje šířka upínací plochy stolu a velikost kužele ve vřetenu pro upnutí nástroje. Dalšími důležitými technickými parametry jsou maximální délky pohybu pracovního stolu nebo vřeteníku, rozsah otáček vřetena a posuvů, výkon elektromotoru pro otáčení vřetena a kvalitativní parametry dosahované u obrobených ploch [2].

Obr. 2.8 Zleva stolní a konzolová frézka [5].

Pro upínání nástrojů na frézkách slouží pracovní vřeteno. To má vnitřní upínací část vyrobenou do tzv. ISO nebo Morse komolého kužele. Upínací kužel je samosvorný a dovoluje přenést kroutící moment z vřetene stroje na frézovací trn. Rozsah kuželovitosti je u metrického 1:20, Morse 1:19 až 1:20 a nebo strmý kužel s poměrem 1:3,5. Frézovací trny slouží pro upínání nástrčných fréz. Aby přenos kroutícího momentu byl dokonalý, má konec vřetena obdélníkové vybrání, do něhož zapadá zploštěný nákružek na konci frézovacího trnu. Trny s těmito kužely se nesnadno vyjímají z pracovního vřetena. Strmý kužel pouze středí trn v pracovním vřetenu. Kroutící moment se zde přenáší dvěma kameny upevněnými na čele vřetena, které zapadají do vybrání na nákružku frézovacího trnu [2]. Poloha frézy se na dlouhém trnu zajišťuje volně navlečenými rozpěracími kroužky na frézovacím trnu. Kromě rozpěracích kroužků je na trnu vodící pouzdro, které je součástí posuvného podpěrného ložiska umístěného na výsuvném ramenu vodorovné frézky. Aby upnutí nástrojů na trnech bylo co nejtužší, upínají se frézy co nejblíže vřetenu a výsuvné rameno se přisune k fréze tak blízko, jak je to jen možné. Čelní nástrčné frézy a frézovací hlavy se upínají krátkými upínacími trny letmo upnutými do vřetena. Frézy s kuželovou stopkou se upínají redukčními pouzdry přímo do upínacího kužele ve vřetenu frézky. Redukční pouzdro se použije také tehdy, neshoduje-li se kužel frézovacího trnu s kuželem vřetena. Frézky s válcovou stopkou se upínají do vřetena frézky při použití sklíčidla s upínacím pouzdrem. Při upínání obrobků se používají běžné strojní, otočné nebo sklopné svěráky, ovládané ručně, pneumaticky nebo hydraulicky [2].

FSI VUT


List 26

Univerzálnost použití konzolových frézek je významně rozšířena zvláštním příslušenstvím, jako jsou různé hlavy, otočné stoly, dělící přístroje apod. Nástroj - fréza Hlavním rotačním prvkem je u obráběcí technologie frézování nástroj. Fréza je několikabřitý nástroj, které jsou uspořádány na čelní, válcové, kuželové nebo jiné tvarové ploše. Vzhledem k mnohostrannému uplatnění obrábění se v současné době používá mnoho typů tvarových fréz. Ty lze rozdělit na základní druhy fréz – válcová, úhlová, kotoučová, čelní, tvarová, drážkovací, kopírovací, čelní válcová a frézovací hlava. Dále lze frézy roztřídit do jednotlivých skupin z různých hledisek, z nichž jsou to hlavně podle – nástrojového materiálu, tvaru zubů, směru zubů, geometrického tvaru nebo konstrukčního uspořádání.

Obr. 2.9 Zleva fréza válcová čelní, úhlová a kotoučová [1].

Dělicí přístroj Umožňují pootáčení obrobků o určitý úhel nebo rozteč při frézování čtyřhranů, ozubených kol, více-drážkových hřídelů, zářezů na čelních plochách apod. Dělicí přístroje jsou jednoduché a univerzální. Na konzolových frézkách nachází největší uplatnění univerzální dělící přístroj. Používá se pro přímé, nepřímé a diferenciální dělení.

Obr. 2.10 Univerzální dělicí přístroj [6].

FSI VUT


List 27

Otočný stůl Připevňují se na pracovní stůl frézky. Otáčí se buď ručně, nebo mechanicky, kde je otáčení odvozeno od podélného pohybu pracovního stolu šroubovým teleskopickým hřídelem. Otočné stoly umožňují frézovat různé rotační tvary, vačky, segmenty, drážky apod. stopkovými frézami. Užívají se také pro dělící práce, nelze-li obrobek pro jeho velké rozměry upnout na běžné dělící zařízení. K tomu účelu pak mají otočné stoly nejčastěji zařízení pro přímé, popřípadě nepřímé dělení.

Obr. 2.11 Otočné stoly s ručním a mechanickým otáčením [6].

Frézovací trny U univerzálních frézek nachází největší uplatnění upínání nástrčných fréz na frézovací trny. Kroutící moment je přenášen pomocí samosvorného kužele a je zajištěn obdélníkovým vybráním do něhož zapadá frézovací trn (viz kapitola 1.1.2). Je-li kužel stopky větší než kužel dutiny, používá se k vymezení vůle redukčních vložek. Proti vysunutí jsou frézovací trny zajištěny ve vřetenu šroubem, který prochází vrtáním vřetena. Frézovací trny se dále rozlišují jako krátké a dlouhé nebo podle dutiny kužele. Trn s ISO stopkou pro nástrčné frézy v příloze 2.

Obr. 2.12 Kombinované frézovací trny pro nástrčné frézy [3].

FSI VUT


List 28

2.1.3 Vrtačky Technologie vrtání je proces obrábění materiálu podobný frézování. Cílem této metody je zhotovit nebo zvětšit požadovanou díru v materiálu. Nástroj koná hlavní rotační pohyb a vrtaný materiál je pevně upnut na stole. Osa nástroje je obvykle kolmá k ploše, ve které vstupuje nástroj do obráběného materiálu. Posuv vrtáku přitom probíhá ve směru jeho osy. Upínání vrtáků Vrtáky s válcovou stopkou se vyrábějí až do průměru 20 milimetrů. Upnutí je pak realizováno samostředícím tříčelisťovým sklíčidlem, které má ostré upínací plochy. Upínání a otevírání se provádí pomocí ozubeného upínacího klíče nebo pomocí kuželově vroubkovaného pouzdra, které se otáčí rukou. Pro spojení s vrtacím vřetenem vrtačky mají sklíčidla vnitřní kužel. Kratší konec je ve sklíčidle a delší stopka kuželu ve vřetenu vrtačky [2].

Obr. 2.13 Rychloupínací a ozubené sklíčidlo [3].

Obr. 2.14 Trn pro vrtací sklíčidlo s kuželem [3].

Pro vrtání děr o větších průměrech mají vrtáky kuželovou stopku Morse. To dovoluje vrtat díry o průměru 10 až 100 milimetrů díky samosvornému a tužšímu upnutí. Oproti nástrojům s válcovou stopkou, spojení vrtáků s vřetenem vrtačky nemůže být provedeno pomocí sklíčidla. To se provádí pomocí tzv. redukčních pouzder. Opět záleží na provedení vřetene vrtačky a tím použití stejného pouzdra.

Obr. 2.15 Upínač vrtáku Weldon s Morse stopkou [3].

FSI VUT


List 29

Pro efektivní a rychlé upnutí vrtacích nástrojů lze volit i jiné sestavy upínání. Jako příklad zde může sloužit firma Pramet, která dodává vrtáky s vyměnitelnými břitovými destičkami s válcovou stopkou, na které je vyfrézovaná drážka k zajištění proti protočení. K propojení s vřetenem vrtačky se držák upíná do speciálního pouzdra s ISO stopkou. Držák pro upínání vrtacích nástrojů v příloze 3.

Obr. 2.16 Vrták s vyměnitelnými břitovými destičkami a upínací trn s ISO stopkou [1].

2.1.4 Brusky Technologie nazývaná broušení patří mezi abrazivní metody obrábění. Abrazivní metody používají nástroje s nedefinovatelnou geometrií břitu a využití představují hlavně tam, kde jsou kladené vysoké nároky na přesnost rozměrů a tvarů nebo jakost obrobených ploch. Dále se broušení může uplatnit při obrábění materiálů, které není možno obrobit jinými způsoby nebo je brousící metoda hospodárnější. Brousící proces má základní charakteristiky obdobné jako jiné obráběcí procesy a zvláště se podobá technologii frézování. Od frézování se odlišuje především různorodostí geometrického tvaru zrn a jejich neuspořádaným rozmístěním po ploše brousícího nástroje. Hlavní a vedlejší pohyby jsou totožné jako u frézování. Hlavní rotační pohyb tedy koná nástroj a vedlejší obrobek. Upínání brousicích kotoučů se provádí pomocí upínacích přírub nejčastěji mechanickým sevřením nebo se kotouče lepí speciálními tmely. Průměr obou přírub musí být stejný a roven nejméně 1/3 průměru brousícího kotouče. Mezi příruby a kotouč se vkládají z obou stran pružné podložky z pryže, kůže nebo papíru. Podobně jako u soustružení se při broušení do kulata upínají obrobky mezi hroty na válcový nebo kuželový trn, popřípadě i do sklíčidla. Další využití jako u soustružení nacházejí lunety, při podpírání dlouhých tenkých součásti, které by se mohli prohnout. Při broušení pouzder se používají válcové nebo kuželové trny, u tenkostěnných pouzder se uplatňují rozpínací trny [2].

FSI VUT


List 30

Obr. 2.17 Upnutí součásti mezi hroty při broušení do kulata [1].

Při mechanickém upínání pomocí přírub je důležité, aby upínací příruby měli stejný tvar obou příložných ploch. Příložné plochy musí být čisté a rovné. V některých případech se používají brousící kotouče o průměru 1000 milimetrů, proto je nutné zajistit bezpečné upnutí.

Obr. 2.18 Příklady upínacích přírub [10].

Při lepení brousících segmentů platí stejné zásady jako u upínání pomocí přírub. Při lepení musí být podložka očištěna, odmaštěna a vrstva lepidla nanesena rovnoměrně po celé ploše tak, aby lepidlem nebylo způsobeno žádné pnutí.

FSI VUT


List 31

Obr. 2.19 Lepený brousicí kotouč s nosnou podložkou [10].

2.2 Pro CNC centra Vývoj v oblasti výrobních strojů ve strojírenství je v současnosti z velké části dán využitím výpočetní techniky. Řízení a automatizace strojů při použití počítačů a příslušných softwarů zvyšuje velkým způsobem produktivitu práce, nahrazuje člověka, přesně a spolehlivě řídí opakované činnosti. První programované stroje, označované jako NC stroje, byly řízeny programem, který byl vyznačen na děrném štítku nebo děrné pásce. V této podobě se ve výrobě prosadily hlavně součásti tvarově složitější při větší výrobní dávce. I když v některých firmách můžeme v současné době tyto stroje ještě nalézt, vývoj šel kupředu a postupem doby byly tyto systémy vybavovány počítačem. Počítač podstatně zjednodušil a zrychlil programování, řízení stroje a uchování dat pro jejich opětné použití. Použití počítače u NC strojů tedy znamená zrod CNC – Computer Numerical Control. Konstruktéři strojů postupují modulárně tak, aby mohli stavebnicovým způsobem co nejrychleji a nejlépe uspokojit požadavky zákazníků a snížit náklady i cenu prodávaného stroje. CNC stroje pokrývají dnes široký rozsah různých technologií obrábění nebo oblast tváření a řezání materiálů. Dále od číslicově řízených strojů existují obráběcí CNC centra, která jsou v podobě jednoho stroje a dovolují použít rozličné technologie výroby. Znamená to tedy, že lze na jednom stroji provést více technologických operací. Vznikají též jednoúčelové specializované stroje, CNC automaty pro hromadnou a kusovou výrobu, stroje s vícerým řízením, CNC měřící stroje atd. Tyto automatizované stroje mohou být doplněné o velké množství potřebného příslušenství dle požadavku zákazníka, jako jsou například: manipulační prostředky, zařízení pro kontrolu kvality a jiné moduly pružné výroby [7].

FSI VUT


List 32

Obr. 2.20 Frézovací CNC stroj [7].

2.2.1 Příslušenství a upínání polotovarů na CNC strojích Odvod třísek Automatické odstraňování třísek od stroje je nutné též z hlediska zdroje teploty – hrozí teplotní dilatace stroje a obrobku, což ovlivňuje výslednou přesnost výroby. Konstruktéři navrhují příslušné části strojů tak, aby se zamezilo hromadění třísek v obráběcím prostoru, lože jsou šikmá se skluzy, také se provádí odvádění třísek pomocí kapaliny [7]. Krytování stroje Pracovní prostor je uzavřený z hlediska hygieny a bezpečnosti práce, stroj nelze spustit je-li otevřený kryt. Systémy automatické výměny nástrojů a) Systémy s nosnými zásobníky - s výměnou jednotlivých upnutých nástrojů - s výměnou vřeten nebo vřeteníků s nástroji - s výměnou celých vícevřetenových hlav s nástroji b) Systémy se skladovacími zásobníky - s výměnou jednotlivých nástrojů - s výměnou celých vřeteníků s nástroji - s výměnou celých vícevřetenových hlav s nástroji c) Systémy kombinované - jsou to kombinace dvou uvedených typů a) a b). Zpravidla mohou mít jednu nebo více nástrojových či vřetenových hlav a zásobníků. [8]

FSI VUT


List 33

Obr. 2.21 Výměna rotačního upínače s nástrojem z nosného zásobníku [7].

Chlazení a mazání nástrojů Trend směřuje k omezení nebo úplného vyloučení kapaliny z obráběcího procesu. Je tedy snahou přecházet na vysokorychlostní obrábění, kde chlazení není vyžadováno. Při použití chlazení se jeho účinnost zvyšuje tím, že se kapalina přivádí do řezu středem nástroje pod tlakem, tím také odplavuje třísku [7]. Systémy automatické výměny obrobků U rozměrnějších rotačních součástí a obrobků plochého nebo skříňového tvaru se používá systém palet. Malé a středně velké rotační součásti se zpravidla přemísťují pomocí robotů a manipulátorů. Upínání palet se provádí pomocí čepů. Jejich výměna se obvykle provádí na otočném stolu, kde na jedné straně stolu se provádí výměna obrobků a na druhé straně se ve stroji obrábí [7]. Upínání polotovarů na CNC strojích Během obrábění působí na nástroj vnější síly, které musí být vyrovnány jeho řádným upnutím. Nesmí se během obráběcí operace samovolně uvolnit nebo měnit svoji vymezenou polohu ať už z hlediska bezpečnosti nebo zabránění havárie. Pro upínání polotovarů jsou užívány převážně hydraulické nebo pneumatické upínače, které se vyznačují nízkými časy upnutí a upíná se konstantní nastavenou silou. Je snahou vyhnout se ručnímu upínání, neboť tento způsob upínání se vyznačuje vyvozením rozdílné síly na obrobek. To může vést ke krajnostem, to je k deformaci obrobku nebo jeho uvolnění při obrábění [7].

FSI VUT


List 34

Upínání nástrojů na CNC strojích V současné době narůstá využívání progresivních metod obrábění, výkonných a automatizovaných center. Pro kvalitní a efektivní výrobu je nezbytné aby upínací technika byla rovnocenným partnerem spolu s obráběcím strojem. Proto je nezbytné, aby vedle pevného upnutí nástroje splňovala řadu dalších požadavků jako je jednoduchá montáž a obsluha, rychlá výměna nástrojů, vysoká přesnost opakovaného upínání nebo i univerzálnost použití z hlediska obráběcího stroje. Nástroje CNC strojů a center se nejčastěji upínají stopkou ve speciálním pouzdře nebo centricky ve sklíčidle. Podle toho zda se jedná o soustružení nebo frézování (popřípadě vrtání). Upínání rotačních nástrojů je řešeno systémem HSK, který má díky větší dosedací ploše větší tuhost než systém ISO [7]. 2.2.2 Modulární upínací systémy Upínání běžných nástrojů a nastavování jejich polohy je nejobvyklejší denní činností ve většině podniků, zabývajících se obráběním materiálů řeznými nástroji. Při zavádění moderních obráběcích strojů, které jsou často osazovány určitými nástrojovými systémy, získává vybavení modulárními nástroji čím dál větší význam. Nástroj se na obráběcím stroji obvykle upíná do držáků nebo revolverové hlavy. V případě kdy se jedná o rotující nástroj, upíná se do vřetene stroje. U obráběcích center se zpravidla jedná o aplikaci nehybného obrobku a rotujícího nástroje. Použití revolverových hlav je použito o obráběcích strojů na bázi soustruhu, kde v tomto případě rotuje obrobek, zatím co řezný nástroj je v klidu a často provádí několik operací. U modulárních nástrojů je nosičem břitu malá samostatná část nástroje tzv. nástrojová hlavice. To znamená, že neexistuje přímá závislost v rozhraní mezi nástrojem a obráběcím strojem. Modulární nástrojový systém tedy znamená, že nástrojovou hlavici lze použít pro každý stroj, který je vybaven odpovídající upínací jednotkou, respektive nástrojovým držákem vhodné velikosti. Pro vřetena strojů Použití modulárních rychlovýměnných nástrojů je ve většině případech použito za cílem úspory času a nákladů. Dále je jejich přednost ve stabilitě, pevnosti v ohybu, v přesnosti obrábění nebo rozsáhlý sortiment příslušenství. Za těchto předpokladů je modulární systém podstatným přínosem pro efektivní obrábění kovů a zlepšenou manipulaci s nástroji [8]. Stěžejním produktem v této oblasti výroby, je modulární systém Coromant Capto (viz kapitola 1.2.1). Při změnách výroby vzniká požadavek na flexibilitu systému upínání nástrojů, protože různé velikosti součástek často vedou k požadavku na proměnlivý dosah nástroje. Systém Coromant Capto lze použitím standardního upínacího mechanismu integrovat přímo do revolverové hlavy. Tento systém je stejně účinný při soustružení, frézování, vrtání a vyvrtávání [15]. Mezi další rychlovýměnné systémy lze zařadit např. hydraulický systém Weldon nebo tepelné upínače.

FSI VUT


List 35

Pro revolverové hlavy Revolverová hlava je zařízení obráběcího centra na bázi soustruhu, která slouží k pevnému upnutí nástrojů do upínacích otvorů hlavy. Revolverové hlavy se používají i u univerzálních soustruhů pro výrobu součástí menších a středních sérií, vyžadující k obrobení větší počet nástrojů. Hlavní přednost využití tohoto systému je tedy možnost rychlého a přesného nastavení nástroje vzhledem k upnutému obrobku nebo možnost obrábění několika nástroji současně.

Obr. 2.22 Revolverová hlava [3].

Pro spojení nástrojů s revolverovou hlavou slouží pevné držáky s VDI stopkou. Držáky představují standardní sortiment nejběžněji používaných normalizovaných rozměrů, které jsou vyráběny v různém provedení: axiální a radiální, levé a pravé či zrcadlově obrácené. Výrobci nabízí nejen standardní sortiment pevných držáků, ale pro náročnější zákazníky i polotovary pro vlastní výrobu speciálních provedení dle potřeb.

Obr. 2.23 Ručně ovládané upínací jednotky s VDI stopkou [8].

Na soustruzích je možné provádět vrtání děr. To je však možné pouze ve středu rotace obrobku. Držáky pro revolverové hlavy tuto možnost rozšiřují pomocí hnaných držáků, které díky mechanismům mají vlastní rotační pohyb. Dovolují tedy vrtání, vystružování a vyhrubování i mimo osu rotace obrobku.

FSI VUT

3


List 36

PŘÍKLADY UPNUTÍ ROTAČNÍCH NÁSTROJŮ Příklady upnutí rotačních nástrojů

3.1 Systém ISO Patří mezi nejpoužívanější upínací systémy nástrojů, které konají rotační pohyb. Jejich výhoda je v možnosti použití na univerzálních i CNC strojích, pořizovací cena a relativně jednoduchá výměna. Nevýhodou je pak podstatně menší tuhost upnutí oproti modernějším upínacím systémům a jejich větší hmotnost vzhledem k upínacímu kuželu.

Obr. 3.1 Možnosti upnutí nástrojů s ISO stopkou [8].

FSI VUT


List 37

3.2 Systém HSK Systém HSK nabízí široký sortiment upínacích elementů. Nabízí stavitelné držáky pro vrtací operace, adaptéry pro modulární upínací systémy nebo hydraulická sklíčidla.

Obr. 3.2 Možnosti upnutí nástrojů s HSK stopkou [8].

FSI VUT


List 38

3.3 Systém Coromant Capto Modulární systém Coromant Capto s polygonální kuželovou spojkou a čelní dosedací plochou zajišťuje tuhé upnutí, bez možnosti protočení při přenosu kroutícího momentu. Umožňuje rychlou výměnu nástroje ať už ručně nebo automaticky. Vzhledem k mnohostrannosti tohoto systému ho lze použít na všech možných obráběcích strojích. Výhodou strojů, která jsou opatřena těmito vřeteny, je vedle rychlé výměny nástrojů, hlavně stoprocentní využití systému Coromant Capto.

Obr. 3.3 Kombinace sestavy upnutí systémem Coromant Capto [8].

Firma Sandvik, zabývající se dovozem obráběcích nástrojů pro český trh, nabízí celou řadu doplňujícího příslušenství, jako jsou různé adaptéry, prodlužovací nástavce, sklíčidla, tepelné upínače a mnoho dalších. S ohledem na individualitu zákazníka je možno volit i polotovary pro vlastní výrobu upínače nástrojů.

FSI VUT

4


List 39

VYVAŽOVÁNÍ ROTAČNÍCH UPÍNAČŮ

I přes nejmodernější obráběcí technologie, stroje a nástroje by požadovaná kvalita součásti nemusela splňovat požadavky na jakost obrobeného povrchu. To může být dáno právě dynamickou nevyvážeností rotačních upínacích prvků. Nevyváženost má za následek nižší přesnost výroby, zatěžuje uložení vřetena a v delším časovém horizontu může způsobit i jeho poškození, způsobuje hluk a vznik vibrací při výrobě. Tento jev je nepřípustný hlavně u CNC strojů, kde obráběcí strategie používají vysoké otáčky vřetene. Proto výrobci nástrojů a jeho příslušenství provádí tzv. dynamické vyvažování, ať už přímo nebo na objednávku. Nevyváženost je tedy stav tělesa, kdy jeho hmota není pravidelně rozdělena kolem osy rotace. Nebo-li, osa setrvačnosti se neshoduje s osou rotace [8]. Způsoby vyvažování se provádí vždy za rotace pomocí měřících zařízení a díky nim je následně odebírána hmota z potřebného místa rotačního tělesa nejčastěji odvrtáváním.

Obr. 4.1 Způsob dynamického vyvažování [3].

Vyvažování se následně provádí v různých třídách přesnosti. Každá třída přesnosti má svoje označení a je závislá na použití v maximálním spektru otáček. V současnosti se staly standardem upínače vyvážené v třídě přesnosti G 6,3, což odpovídá využitím otáček do 15000 min-1. Na přání zákazníka je možné vyvážení ve vyšších třídách přesnosti, které už umožňují využívat maximálního výkonu stroje. Při využívání vyvážených upínačů se mimo jiné minimalizují vibrace, zvyšuje produktivita práce a snižuje namáhání vřetene [8].

FSI VUT


List 40

Obr. 4.2 Závislost zbytkové nevyváženosti na použitých otáčkách [3].

Zbytková nevyváženost Velikosti nevývažků a hodnoty sil vznikající v rotujících systémech, lze definovat jako vzdálenost těžiště od osy otáčení. Hodnoty jsou nabývány v mikrometrech [3].

FSI VUT


List 41

ZÁVĚR Vzhledem k průběžnému vývoji je vidět pokrok v obráběcích technologiích a samotného přístupu k nim. Od jednodušších univerzálních strojů kde se běžně upínání provádělo ručně i samotné obráběcí operace byly založeny na ručním nastavování posuvů a podobně. Od toho se odvíjela i upínací technika, kdy stroje nedosahovaly relativně vysokých výkonů a tím nebylo zapotřebí příliš složitých upínacích systémů. Postupem doby kde univerzální stroje nahrazují stroje automatizované, je už kladen vyšší nárok na upínání nástrojů i obrobků. To je zapříčiněno vyšším výkonem strojů nebo požadavky na zkrácení vedlejších časů, jako je například výměna nástrojů. Každý obráběcí stroj má svůj účel výroby a je vybaven určitým upínacím systémem. Vzhledem ke stálému vývoji dochází ke změnám a vylepšení těchto upínacích systémů, které umožňují rychlejší výměnu nástrojů, spolehlivější upnutí nebo ekonomičnost výroby. I dnešní sortiment týkající se této problematiky je skutečně široký. Firem je na trhu opravdu mnoho, které se svým úsilím a vynaloženými investicemi snaží uspokojit co nejširší skupinu uživatelů. Mezi nejpoužívanější ovšem stále patří systémy ISO a HSK. Tyto systémy slouží ke spojení nástroje s vřetenem stroje, které mohou být vybaveny modulárními nástrojovými systémy pro rychlou výměnu nástrojů u výroby s více nástroji. Upínání nástrojů do těchto systémů je velice různorodé a často firmy nabízejí vlastní konstrukci, ať už se jedná o různý způsob vyvolání upnutí nástroje. Od základních upínacích systémů přes konvenční a trendové upínání, má každý upínací systém své klady a zápory s nimiž musí uživatel počítat. Proto je jejich výběr, nasazení a následné používání velice důležité a má vliv na kvalitu finálního produktu.

FSI VUT


List 42

SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ [1] PRAMET TOOLS, s.r.o., Upínače rotačních nástrojů. [online] Dostupné na: [citováno 10.března 2011] [2] KOCMAN, K. a PROKOP, J. Technologie obrábění. 1. Vydáno Brno: Akademické nakladatelství CERM, 2001.270 s. ISBN 80-214-1996-2 [3] ZJP, s.r.o., Sklíčidla s ručním upínáním. [online] Dostupné na: [citováno 18.března 2011] [4] TRENS, a.s., Univerzální hrotové soustruhy. [online] Dostupné na: [citováno 18.března 2010] [5] VÝROBNÍ STROJE, s.r.o., Vyškov, Katalog frézky na kov 2009 [online] Dostupné na: [citováno 27.března 2011] [6] M&V, spol. s.r.o., Vsetín, Katalog upínací nářadí [online], Aktualizováno 23.2.2010, dostupné na: [citováno 27.března 2011] [7] ŠTULPA, M. CNC obráběcí stroje a jejich programování. 1. vydáno Praha: Technická literatura BEN, 2007.128 s. ISBN 978-80-7300-207-7 [8] AB SANDVIK COROMANT – SANDVIK CZ s.r.o. Příručka obrábění – Kniha pro praktiky. Přeložil M. Kudela. 1. Vyd. Praha: Scientia s.r.o., 1997. 857 s. Přel. Z: Modern Metal Cutting – A Practical Handbook. ISBN 91-972299-4-6. [9] DT-VÝHYBKÁRNA A STROJÍRNA, a.s., Dolní 100, Prostějov, Dostupné na: http://dtvm.cz [10] BEST-BUSINESS, a.s., Výrobce a prodejce brousících kotoučů, Zbraslavecká 777, Brno, [online], dostupné na: http://bestb.cz [11] SK TECHNIK, spol. s.r.o, Progresivní technologie, Merhautova 20, Brno, [online], dostupné na: [12] BRŠEL, Michal. TRENDY SÚČASNÉHO VÝVOJA NÁSTROJOVÝCH UPÍNACÍCH ROZHRANÍ FRÉZOVACÍCH STROJOV [online]. Brno, 2007. Bakalářská práce. FSI VUT Brno. Dostupné z WWW: . [13] WINTER SERVIS, Princip přesného univerzálního upínače – Sino [online ]. Dostupné na WWW: http://www.winter-servis.cz> [citováno 9.dubna 2011] [14] Schunk Intec, s.r.o., Toolholding Systems. [online] Dostupné na: [citováno 9.dubna 2011] [15] MARTÉNEK, Libor. SOUSTRUŽNICKÉ NÁSTROJE PRO CNC OBRÁBĚCÍ STROJE [online]. Brno, 2008. Bakalářská práce. FSI VUT Brno. Dostupné z WWW: .

FSI VUT

Zkratka/Symbol n G

     


Jednotka min-1 mm/s

List 43

Popis počet otáček nástroje zbytková nevyváženost

FSI VUT


List 44

SEZNAM PŘÍLOH Příloha 1 Příloha 2 Příloha 3 Příloha 4 Příloha 5 Příloha 6

Upínací držák Tribos s ISO stopkou pro válcové nástroje. Upínací trn s ISO stopkou pro nástrčné frézy. Upínací trn pro nastavitelné upínače s ISO stopkou. Hydraulický upínač se stopkou HSK. Tepelné upínače nástrojů s HSK stopkou. Coromant Capto upínače nástrojů.

Příloha 1 Upínací držák Tribos s ISO stopkou pro válcové nástroje [14].

Příloha 2 Upínací trn s ISO stopkou pro nástrčné frézy [1].

Příloha 3 Upínací trn pro nastavitelné upínače s ISO stopkou [1].

Příloha 4 Hydraulický upínač se stopkou HSK [1].

Příloha 5 Tepelné upínače nástrojů s HSK stopkou [11].

Příloha 6 Coromant Capto upínače nástrojů [8].

ROTAČNÍ UPÍNACÍ ELEMENTY NÁSTROJŮ JAKO PŘÍSLUŠENSTVÍ OBRÁBĚCÍCH STROJŮ

Recommend Documents